Química verde y sostenibilidad

• La química verde diseña procesos que reducen o eliminan residuos, toxicidad y consumo de energía desde el origen, no después.
• La medida cuantitativa central es la economía atómica: qué fracción de la masa de los reactivos acaba en el producto deseado.
• Economía atómica ≠ rendimiento: la economía atómica es un límite del diseño (teórico); el rendimiento es lo que sale del experimento.
• Las reacciones de adición tienen economía atómica del 100 %; sustitución, condensación y eliminación siempre generan subproducto → < 100 %.

$$\mathrm{\%}\text{ econom}\acute{\text{ı}}\text{a at}\acute{\text{o}}\text{mica}=\frac{M(\text{producto deseado})}{M(\text{todos los productos})}\times 100$$

• El numerador es la masa molar del producto útil (multiplicada por su coeficiente).
• El denominador incluye todos los productos (deseado + subproductos), cada uno por su coeficiente.
• Por conservación de la masa, el denominador es igual a la suma de las masas molares de todos los reactivos.

• Adición (ej. $\text{C}_2\text{H}_4 + \text{H}_2 \rightarrow \text{C}_2\text{H}_6$): economía atómica 100 % (sin subproducto).
• Condensación (ej. esterificación → éster $+ \text{H}_2\text{O}$): $< 100\,\%$.
• Sustitución (producto + grupo saliente): $< 100\,\%$ (frecuentemente baja).

• Agua: segura, abundante, renovable; disuelve mal apolares.
• CO₂ supercrítico: no tóxico, se recupera al despresurizar; requiere alta presión.
• Tolueno / diclorometano: buenos disolventes pero no verdes (tóxicos, volátiles).
• Un catalizador no se consume → se recupera y reutiliza → reduce energía (menor temperatura) y no genera residuo extra. Un catalizador heterogéneo (sólido) se separa por filtración.

• Problema: Calcula la economía atómica de la esterificación $\text{CH}_3\text{COOH} + \text{C}_2\text{H}_5\text{OH} \rightarrow \text{CH}_3\text{COOC}_2\text{H}_5 + \text{H}_2\text{O}$; producto deseado: acetato de etilo ($M = 88\ \text{g mol}^{-1}$); agua: $M = 18\ \text{g mol}^{-1}$.

$$\mathrm{\%}\text{ econom}\acute{\text{ı}}\text{a at}\acute{\text{o}}\text{mica}=\frac{88}{88+18}\times 100=\frac{88}{106}\times 100=83\mathrm{\%}$$

• El 17 % de la masa se pierde como agua: subproducto inevitable de una condensación.
• Comparación: si la misma síntesis se hiciera por adición directa sin subproducto, llegaría al 100 %.

• Error frecuente: olvidar un subproducto (típicamente el agua) en el denominador, dando un falso 100 %.
• Error frecuente: confundir economía atómica con rendimiento. Un proceso puede tener rendimiento del 95 % y aun así generar mucho residuo si la economía atómica es baja (el residuo es inevitable por diseño).
• Para justificar por qué una ruta es más verde: cita la economía atómica (número), el tipo de subproducto y si el disolvente o catalizador son seguros.
• El argumento estándar IB para los catalizadores: bajan la energía de activación, no se consumen, reducen la temperatura de operación y no aumentan el residuo.
• "Carbono-neutro" en biocombustibles: el CO₂ emitido al arder es el mismo que la planta absorbió → balance neto ≈ 0 (contrario a los fósiles).